Новое программное обеспечение могло бы сделать аутентификацию в режиме реального времени реальностью

        

В научно-фантастическом фильме «Гаттака» посетители только поняли безопасность, если анализ крови и считывание их генетического профиля соответствуют образцу в файле. Теперь дешевые секвенсоры ДНК и пользовательское программное обеспечение могут сделать реальную аутентификацию ДНК реальностью.

Исследователи из Колумбийского университета и Нью-Йоркского геноцентра разработали метод быстрого и точного определения людей и клеточных линий из их ДНК. Технология может иметь несколько приложений, от выявления жертв массового бедствия до анализа криминальных сцен. Но самым непосредственным его применением могло бы стать фальсифицированные или зараженные клеточные линии в раковых экспериментах, что является серьезной причиной того, что исследования позже признаны недействительными. Открытие описано в последнем выпуске eLife .

«Наш метод открывает новые способы использования готовых технологий, чтобы принести пользу обществу», – сказал старший автор исследования Янив Эрлих, профессор компьютерных наук Columbia Engineering, являющийся основным членом NYGC, и член Колумбийский институт данных. «Мы особенно рады возможности улучшить клеточную аутентификацию при исследованиях рака и потенциально ускорить открытие новых методов лечения».

Программное обеспечение предназначено для работы на Minion, инструменте размером с кредитную карту, которая тянет в нити ДНК через ее микроскопические поры и считывает последовательности нуклеотидов, или буквы ДНК A, T, C, G. Устройство позволило исследователям изучать бактерии и вирусы в полевых условиях, но его высокие частоты ошибок и большие промежутки секвенирования до сих пор ограничивали его использование на человеческих клетках их миллиардами нуклеотидов.

В инновационном двухэтапном процессе исследователи излагают новый способ использования $ 1,000 MinION и изобилия генетических данных человека, которые теперь онлайн, для подтверждения идентичности людей и клеток по их ДНК с почти идеальной точностью. Во-первых, они используют Minion для последовательности случайных строк ДНК, из которых они выбирают отдельные варианты, которые являются нуклеотидами, которые варьируются от человека к человеку и делают их уникальными. Затем они используют байесовский алгоритм для случайного сравнения этого сочетания вариантов с соответствующими вариантами в других генетических профилях в файле. При каждой перекрестной проверке алгоритм обновляет вероятность поиска соответствия, быстро сужая поиск.

Тесты показывают, что метод может подтвердить личность человека после перекрестной проверки между 60 и 300 вариантами, сообщают исследователи. В течение нескольких минут он подтвердил личность ведущего автора исследования, Софи Заайер, бывшего члена NYGC, а теперь – докторанта в Cornell Tech.

Чтобы сделать это, MinION соответствовал показаниям генома Заайера, почерпнутым из выборки клеток щек, с эталонным профилем, хранящимся среди 31 000 других геномов в публичной базе данных DNA.land. Идентичность Эрлиха была проверена таким же образом, с первоначальной последовательностью, проведенной студентами Колумбии в классе Ubiquitous Genomics, который он и Заайер преподавали в 2015 году.

Они называют свой метод повторной идентификации «Minion sketching», который Zaaijer сравнивает с способностью мозга выделять птицу из нескольких рассказывающих черт в абстрактном рисовании линии Пикассо. Генетический «эскиз» Minion образца клетки сравнивается с растущей базой данных эскизов – аналогично неполными генетическими профилями, создаваемыми наборами для тестирования ДНК на дому, такими как 23andMe и подаренными наукой потребителями.

«Используя наш метод, нужно лишь несколько считываний ДНК, чтобы вывести соответствие отдельному человеку в базе данных», – говорит Зайер.

Самое перспективное использование «эскиза Minion» может быть как дешевым инструментом проверки подлинности ячейки в экспериментальных исследованиях, говорят ученые, знакомые с его возможностями. В исследовании исследователи быстро сопоставили штамм лейкемических клеток, секвенированных с помощью Minion, по сравнению с эталонным файлом в базе данных энциклопедии «Онкология рака», сообщают они. Когда они пытались заразить клетки другими культурами, он правильно отклонил матч, если уровни заражения поднялись выше 25 процентов.

Использование ошибочно идентифицированных или зараженных клеточных линий в медицинских исследованиях обвиняют в том, что третья часть из примерно 28 миллиардов долларов, потраченных каждый год на исследования, которые не могут быть воспроизведены, согласно одному недавнему исследованию. В 2014 году в науке директор Национального института общих медицинских наук Джон Лорш призвал к новым политикам и технологиям для решения этой проблемы.

Не имея дорогостоящего оборудования, необходимого для проверки клеточных линий самостоятельно, большинство исследователей либо пропускают валидацию, либо отправляют свои культуры в специализированные лаборатории, что может задержать важные выводы и методы лечения. Если бы была доступна более простая альтернатива, большинство исследователей использовали бы ее, говорит Невилл Санджана, главный преподаватель NYGC и доцент кафедры биологии Нью-Йоркского университета, который работает на клеточных линиях кожи и рака легких и не участвовал в исследовании.

«Никто не хочет терять время и реагенты, работающие над неправильными ячейками», – говорит он. «При правильной цене каждая лаборатория примет это».

Источник:

http://news.columbia.edu/content/1791

      

Source link